CN114221431B - 一种双电源供电稳压切换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双电源供电稳压切换系统，所述系统包括：双电源切换模块、检测模块和升压模块；所述双电源切换模块的主电源输入端与外部电源的输出端相连，所述双电源切换模块的备电源输入端与备用电源的输出端相连，所述双电源切换模块的输出端与所述检测模块的输入端相连；所述检测模块的第一输出端与受电设备相连，所述检测模块的第二输出端与所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端与所述检测模块的第一输出端相连。采用本发明实施例，利用具有开关特性的开关单元来实现双电源无缝自动切换，还能保证备用电源供电时供电电压的稳定。

Description

一种双电源供电稳压切换系统
技术领域
本发明涉及电源控制领域，尤其涉及一种双电源供电稳压切换系统。
背景技术
常见的受电设备供电可以采用开关电源和备用储能电源供电；开关电源输出电压是恒压的稳定电压，但是备用储能电源的输出电压是会随着能量消耗而持续降低。
以锂电池这种备用储能电源为例，现有技术中，若受电设备从开关电源稳定的供电切换到锂电池随着能耗而压降的供电，随着锂电池能耗，供电电压会变得不足，不管是不足的供电电压或者还是持续变化的锂电池电压，均会导致受电设备运行不稳定，甚至关机停止运行。
发明内容
本发明实施例提供一种双电源供电稳压切换系统，利用具有开关特性的开关单元来实现双电源无缝自动切换，还能保证备用电源供电时供电电压的稳定。
为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提供了一种双电源供电稳压切换系统，所述系统包括：
双电源切换模块、检测模块和升压模块；所述双电源切换模块的主电源输入端与外部电源的输出端相连，所述双电源切换模块的备电源输入端与备用电源的输出端相连，所述双电源切换模块的输出端与所述检测模块的输入端相连；所述检测模块的第一输出端与受电设备相连，所述检测模块的第二输出端与所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端与所述检测模块的第一输出端相连；
其中，所述双电源切换模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻和第一二极管；所述第一开关单元的第一端与所述第一分压电阻的一端相连；所述第一分压电阻的另一端与所述第二开关单元的第二端相连；所述第二分压电阻的一端与所述第二开关单元的第二端相连，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第二开关单元的第一端与所述第三分压电阻的一端相连，所述第三分压电阻的另一端与所述第三开关单元的第一端相连；所述第三开关单元的第二端与所述第四分压电阻的一端相连，所述第三开关单元的第三端与所述第一二极管的负极相连；
所述检测模块用于检测双电源切换模块的输出端电压，并判断所述双电源切换模块的输出端电压是否需要经过所述升压模块进行升压处理；
所述升压模块用于对所述双电源切换模块的输出端电压进行升压处理，在所述升压模块的输出端得到与所述双电源切换模块的主电源输入端电压相同的电压。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述双电源切换模块还包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；
所述第一开关单元的第一端与所述第一电阻的一端相连，所述第一开关单元的第二端与所述第二电阻的一端相连，所述第一开关单元的第三端与所述第三电阻的一端相连；所述外部电源的输出端分别与所述第一电阻的另一端相连、所述第一二极管的正极相连；所述备用电源的输出端分别与所述第三电阻的另一端、第三开关单元的第二端相连。
在第一方面的一种可能的实现方式中所述双电源切换模块还包括第二二极管和第一电容；
所述第二二极管正极与所述第二开关单元的第一端相连，所述第二二极管的负极与所述第三开关单元的第一端相连；
所述第一电容的一端与所述第二开关单元的第一端相连，所述第一电容的另一端与所述第三开关单元的第一端相连。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述升压模块包括升压驱动芯片、频率电阻、第一电感、第三二极管、第四开关单元、第一调压电阻和第二调压电阻；
所述升压驱动芯片的第一引脚与所述第四开关单元的第一端相连，所述升压驱动芯片的第二引脚与所述第一电感的一端相连，所述升压驱动芯片的第三引脚与频率电阻一端相连，所述升压驱动芯片的第四引脚分别与所述第一调压电阻的一端、所述第二调压电阻的一端相连；所述第一电感的另一端分别与所述第三二极管的正极、第四开关单元的第二端相连；所述第三二极管的负极分别与所述第一调压电阻的另一端、所述第二调压电阻的另一端相连。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述频率电阻用于调整所述升压驱动芯片的开关频率；
所述第一电感用于存储电能；
所述第三二极管用于防止电流倒灌；
所述第一调压电阻和所述第二调压电阻用调整所述升压模块的输出端电压值。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一开关单元和所述第二开关单元为三极管，所述第三开关单元为场效应管。
在第一方面的一种可能的实现方式中，第四开关单元为场效应管。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述检测模块包括控制单片机，所述控制单片机用于根据所述检测模块的输入端的电压值识别当前供电电源的类型。
相比于现有技术，本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统，当外部电源没有输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为备用储能电源，并对备用储能电源提供的电压经过电池升压供电系统升压后至供电系统的输出端，经过升压后的供电电压与外部电源的电压输入值基本一致；当外部电源输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为外部电源，不会对输入的供电电源电压值作出调整，升压模块不工作，外部电源的供电电压值即为本供电系统的输出端电压。
综上所述，经由本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统对受电设备进行供电可以保证受电设备的供电电压值一直为外部电源电压值。备用储能电源可以为其他供电电压值比外部电源低的供电电压源，可以不为储能电压源。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种双电源供电稳压切换系统的结构图；
图2是本发明一实施例提供的一种升压模块的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明一实施例提供了一种双电源供电稳压切换系统，所述系统包括双电源切换模块10、检测模块20和升压模块30。
所述双电源切换模块10的主电源输入端与外部电源的输出端相连，所述双电源切换模块10的备电源输入端与备用电源的输出端相连，所述双电源切换模块的输出端与所述检测模块20的输入端相连；所述检测模块20的第一输出端与受电设备相连，所述检测模块的第二输出端与所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端与所述检测模块的第一输出端相连。
其中，所述双电源切换模块10包括第一开关单元Q3、第二开关单元Q2、第三开关单元Q1、第一分压电阻R4、第二分压电阻R6、第三分压电阻R2、第四分压电阻R1和第一二极管D1；所述第一开关单元Q3的第一端与所述第一分压电阻R4的一端相连；所述第一分压电阻R4的另一端与所述第二开关单元的第二端相连；所述第二分压电阻R6的一端与所述第二开关单元的第二端相连，所述第二分压电阻R6的另一端接地；所述第二开关单元Q2的第一端与所述第三分压电阻R2的一端相连，所述第三分压电阻R2的另一端与所述第三开关单元Q1的第一端相连；所述第三开关单元Q1的第二端与所述第四分压电阻R1的一端相连，所述第三开关单元Q1的第三端与所述第一二极管D1的负极相连。
所述检测模块20用于检测双电源切换模块10的输出端电压，并判断所述双电源切换模块10的输出端电压是否需要经过所述升压模块30进行升压处理。
所述升压模块30用于对所述双电源切换模块10的输出端电压进行升压处理，在所述升压模块30的输出端得到与所述双电源切换模块10的主电源输入端电压相同的电压。
需要说明的是，图1中两个“POWER”都是外部电源输出端，“VBAT”是备用储能电源的输出端；POWER的值是稳定的，VBAT的值是变化的；两个输出端都是电源的输出正极。各个元器件的取值必须满足三极管Q3/Q2与MOS管Q1导通与截止条件。
相比于现有技术，本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统，当外部电源没有输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为备用储能电源，并对备用储能电源提供的电压经过电池升压供电系统升压后至供电系统的输出端，经过升压后的供电电压与外部电源的电压输入值基本一致；当外部电源输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为外部电源，不会对输入的供电电源电压值作出调整，升压模块不工作，外部电源的供电电压值即为本供电系统的输出端电压。
综上所述，经由本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统对受电设备进行供电可以保证受电设备的供电电压值一直为外部电源电压值。备用储能电源可以为其他供电电压值比外部电源低的供电电压源，可以不为储能电压源。
示例性地，所述双电源切换模块还包括第一电阻R3、第二电阻R5和第三电阻R7。
所述第一开关单元Q3的第一端与所述第一电阻R3的一端相连，所述第一开关单元Q3的第二端与所述第二电阻R5的一端相连，所述第一开关单元Q3的第三端与所述第三电阻R7的一端相连；所述外部电源的输出端分别与所述第一电阻R3的另一端相连、所述第一二极管D1的正极相连；所述备用电源的输出端分别与所述第三电阻R7的另一端、第三开关单元Q1的第二端相连。
示例性地，所述双电源切换模块10还包括第二二极管D2和第一电容C1；
所述第二二极管D2正极与所述第二开关单元Q2的第一端相连，所述第二二极管D2的负极与所述第三开关单元Q1的第一端相连；
所述第一电容的一端与所述第二开关单元的第一端相连，所述第一电容C1的另一端与所述第三开关单元Q1的第一端相连。
在实际应用中，一般第一开关单元Q3和第二开关单元Q2会选择NPN三极管，第三开关单元Q1选择P沟道MOS管，当然，三极管和MOS管可以用其他相同特性的管子代替。
以“第一开关单元Q3和第二开关单元Q2为NPN三极管，第三开关单元Q1为P沟道MOS管”这种情况为例，说明双电源切换模块10的工作原理：
三极管Q3、Q2都是控制PMOS管Q1的DS导通与截止的判断条件，R4与R6的取值只需要满足在分压后在三极管Q2的基极产生一个大于0.7V的压降，三极管Q2导通就可以了；R1与R2的取值只需要在Q2导通时分压在PMOS管Q1的栅极产生一个压降，让PMOS管Q1导通即可。为了利用二极管D1的单向导电性的特点，必须要满足额定电流比电源供电的电流大，耐压也要大于供电电源的输出电压。
当无外部电源POWER输入时，三极管Q3基极的电压为0，三极管不导通，锂电池电压VBAT通过R4和R6分压后在三极管Q2的基极产生一个大于0.7V的压降，三极管Q2导通，MOS管Q1的G极电压为0V，MOS管导通，VBAT通过MOS管Q1的DS极，由于MOS管通的时候几乎不产生压降，所以POWER_OUT(双电源切换模块10的输出端电压)等于VBAT，输出POWER_OUT给灯具供电；(图中Q1的1脚为G极，2脚为D极，3脚为S极)。
当有外部电源POWER输入时，在三极管Q3的基极上产生0.7V的压降，三极管导通，Q2基极的压降为0，三极管Q2截止，MOS管Q1上的G极为高电平，Vgs>0,MOS管Q1的DS截止，VBAT输出断开，外部电源通过二极管D1，此时输出电压为POWER_OUT给灯具供电，此时锂电池VBAT不供电，所以POWER_OUT大小几乎等于POWER。
参见图2，示例性地，所述升压模块30包括升压驱动芯片31、频率电阻R8、第一电感L1、第三二极管D3、第四开关单元Q4、第一调压电阻R9和第二调压电阻R10。
所述升压驱动芯片31的第一引脚与所述第四开关单元Q4的第一端相连，所述升压驱动芯片31的第二引脚与所述第一电感L1的一端相连，所述升压驱动芯片31的第三引脚与频率电阻R8一端相连，所述升压驱动芯片31的第四引脚分别与所述第一调压电阻R9的一端、所述第二调压电阻R10的一端相连；所述第一电感L1的另一端分别与所述第三二极管3的正极、第四开关单元Q4的第二端相连；所述第三二极管D3的负极分别与所述第一调压电阻R9的另一端、所述第二调压电阻R10的另一端相连。
示例性地，所述频率电阻R8用于调整所述升压驱动芯片的开关频率；
所述第一电感L1用于存储电能；
所述第三二极管D3用于防止电流倒灌；
所述第一调压电阻R9和所述第二调压电阻R10用调整所述升压模块30的输出端电压值。
示例性地，所述第一开关单元Q3和所述第二开关单元Q2为三极管，所述第三开关单元Q1为场效应管。
示例性地，第四开关单元Q4为场效应管。
示例性地，所述检测模块20包括控制单片机，所述控制单片机用于根据所述检测模块的输入端的电压值识别当前供电电源的类型。
升压驱动芯片31是整个升压电路的核心。参见图2，图2中选取了SC3671作为升压驱动芯片31，输入电压范围5-35V，输出电压范围6-100V，适合为锂电池(外部储能电压源)变化的电压升压为稳定的输出电压，该芯片内置过流保护，改变电阻R8的阻值可以设计芯片EN脚关断功能；电感L1为储能；改变电阻R11可以设置芯片开关频率；改变电阻R3/R5可以设置芯片的输出电压；改变电阻R12可以设置芯片的输出电流；Q4为P沟道MOS管，这个MOS管在该升压模块30中是做开关作用；二极管D3防止电流倒灌；各个元器件的取值会受升压驱动芯片31的输入电压、输出电压、输出电流约束，根据项目实际使用取不同的参数。通常用一个电容和一个二极管，电容存储电荷，二极管D3防止电流倒灌，频率较高的时候，升压模块30的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压，起到升压的作用。
需要说明的是，上述实施例可以用其他升压芯片实现。只要保证升压芯片输入电压满足锂电池压降范围，升压后输出电压、电流满足灯具所需最低电压、电流即可实现自动升压这个功能。
综上，当有外部电源POWER输入时，在双电源供电稳压切换系统中，会自动切换成外部电源供电，此时POWER_OUT的电压就是外部电源POWER的电压，此时不用进行升压。
当无外部电源POWER输入时，在双电源供电自动切换系统中，会自动切换成锂电池供电，由于锂电池的输出电压一直比开关电源的电压小，当灯具识别到输入电压POWER_OUT小于POWER时就进行升压，通过设置升压电路的输出参数R3/R5，让升压后的电压与开关电源的输出电压大小相等。
检测模块20检测输入受电设备的电压，检测模块20的控制单片机可以通过检测输入受电设备的电压POWER_OUT，识别是开关电源供电还是备用储能电源供电。
相比于现有技术，本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统，当外部电源没有输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为备用储能电源，并对备用储能电源提供的电压经过电池升压供电系统升压后至供电系统的输出端，经过升压后的供电电压与外部电源的电压输入值基本一致；当外部电源输入时，检测模块识别出此时受电设备的供电电压源为外部电源，不会对输入的供电电源电压值作出调整，升压模块不工作，外部电源的供电电压值即为本供电系统的输出端电压。
综上所述，经由本发明实施例提供的双电源供电稳压切换系统对受电设备进行供电可以保证受电设备的供电电压值一直为外部电源电压值。备用储能电源可以为其他供电电压值比外部电源低的供电电压源，可以不为储能电压源。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双电源供电稳压切换系统，其特征在于，包括双电源切换模块、检测模块和升压模块；所述双电源切换模块的主电源输入端与外部电源的输出端相连，所述双电源切换模块的备电源输入端与备用电源的输出端相连，所述双电源切换模块的输出端与所述检测模块的输入端相连；所述检测模块的第一输出端与受电设备相连，所述检测模块的第二输出端与所述升压模块的输入端相连，所述升压模块的输出端与所述检测模块的第一输出端相连；
其中，所述双电源切换模块包括第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第二二极管和第一电容；所述第一开关单元的第一端与所述第一分压电阻的一端相连；所述第一分压电阻的另一端与所述第二开关单元的第二端相连；所述第二分压电阻的一端与所述第二开关单元的第二端相连，所述第二分压电阻的另一端接地；所述第二开关单元的第一端与所述第三分压电阻的一端相连，所述第三分压电阻的另一端与所述第三开关单元的第一端相连；所述第三开关单元的第二端与所述第四分压电阻的一端相连，所述第三开关单元的第三端与所述第一二极管的负极相连；
所述第一开关单元的第一端与所述第一电阻的一端相连，所述第一开关单元的第二端与所述第二电阻的一端相连，所述第一开关单元的第三端与所述第三电阻的一端相连；所述外部电源的输出端分别与所述第一电阻的另一端相连、所述第一二极管的正极相连；所述备用电源的输出端分别与所述第三电阻的另一端、第三开关单元的第二端相连；
所述第二二极管正极与所述第二开关单元的第一端相连，所述第二二极管的负极与所述第三开关单元的第一端相连；所述第一电容的一端与所述第二开关单元的第一端相连，所述第一电容的另一端与所述第三开关单元的第一端相连;
所述检测模块用于检测双电源切换模块的输出端电压，并判断所述双电源切换模块的输出端电压是否需要经过所述升压模块进行升压处理；
所述升压模块用于对所述双电源切换模块的输出端电压进行升压处理，在所述升压模块的输出端得到与所述双电源切换模块的主电源输入端电压相同的电压。
2.如权利要求1所述的双电源供电稳压切换系统，其特征在于，所述升压模块包括升压驱动芯片、频率电阻、第一电感、第三二极管、第四开关单元、第一调压电阻和第二调压电阻；
所述升压驱动芯片的第一引脚与所述第四开关单元的第一端相连，所述升压驱动芯片的第二引脚与所述第一电感的一端相连，所述升压驱动芯片的第三引脚与频率电阻一端相连，所述升压驱动芯片的第四引脚分别与所述第一调压电阻的一端、所述第二调压电阻的一端相连；所述第一电感的另一端分别与所述第三二极管的正极、第四开关单元的第二端相连；所述第三二极管的负极分别与所述第一调压电阻的另一端、所述第二调压电阻的另一端相连。
3.如权利要求2所述的双电源供电稳压切换系统，其特征在于，所述频率电阻用于调整所述升压驱动芯片的开关频率；
所述第一电感用于存储电能；
所述第三二极管用于防止电流倒灌；
所述第一调压电阻和所述第二调压电阻用调整所述升压模块的输出端电压值。
4.如权利要求1-3任一项所述的双电源供电稳压切换系统，其特征在于，所述第一开关单元和所述第二开关单元为三极管，所述第三开关单元为场效应管。
5.如权利要求2-3任一项所述的双电源供电稳压切换系统，其特征在于，所述第四开关单元为场效应管。
6.如权利要求1-3任一项所述的双电源供电稳压切换系统，其特征在于，所述检测模块包括控制单片机，所述控制单片机用于根据所述检测模块的输入端的电压值识别当前供电电源的类型。
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